吴春林
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摘要：变频技术是现代科技产物，在各行业都有所应用，可以充分提高资源利用效率，发挥出科技优势，这也符合我国低碳经济发展方向，实现绿色环保发展。在低碳经济导向下，水厂企业也应当完善技术，促进可持续发展。市场中现有的泵类配套电动机能源消耗占全国总能源的1/5左右，受技术和设备条件限制，在实际使用中效率较低，造成了大量的资源浪费。相关人员要积极引进变频节能技术，分析和探讨应用对策。
关键词：水泵变频节能技术；水泵系统；阀门调节
中图分类号：TM921 文献标识码：A
引言
泵是各大工业企业使用的耗电较大的设备之一，有流体流动的地方，就离不开泵，特别是在石油、化工、电力等行业，泵更是随处可见。据统计，泵类装置的电力消耗量占社会总发电量的 15%～20%，而循环水泵又是各类泵装置中耗电最大的一种，它主要是为企业正常生产提供冷却水，确保工艺需求。然而，根据季节、昼夜温度的差异，以及生产负荷的不同，生产系统对冷却水的需求量也在不断变化，通常生产系统在大部分时间内所需的冷却水量均小于设计工况。而在最初选择循环水泵的型号时，基本以企业满负荷生产所需循环水量为准。因此，相当一部分循环水泵目前处于过流量运行状态，浪费了大量的电能。
1 我国水泵系统现状
在科技发展趋势下，各行业融入了很多科技技术，电力行业发展较快，但是工业化技术在生产运用中仍然造成大量消耗。过去的时间里，我国数据显示，风机、水泵、空气压缩机等泵类产品一共有四千万台左右，装机容量更是高达一亿千瓦以上，虽然有这么多的设备，这么高的容量，但是实际系统运行效率却达不到预计效果，这主要是因为不必要的电能消耗占据总电能消耗高达 40%。这是我国行业内的普遍现象，每年企业光耗电费用就是一笔很大支出，增加了企业成本，降低了工作效率，也给环境造成了很大影响。现阶段实际使用中的水泵调节方式大多采用的是普通的阀门调节，仅有少部分是采用的变频调速调节。相比较而言，通过阀门调节将本来可以节省下来的电能损耗给浪费掉了，而变频调速调节却可以很好地避免浪费。现阶段最重要的是做好变频节能技术研究和应用，促进经济健康平稳发展。
2 调速方式简介
对于流体机械而言，其流量调节方式主要有两种，即改变阀门开度和调节电机转速。对于循环水系统而言，改变阀门开度是指在管路中设置手动阀门，根据生产系统对冷却水的需求量调节阀门的开启程度，进而实现对流量的控制。然而，该调节方式会导致管网阻抗系数明显增加，节电效果较差。除此之外，在春、秋季节，环境温度在一天内变化幅度较大，再加上生产负荷的变动，致使生产系统对冷却水的需求量极不稳定，此时如果阀门的开启程度控制不好，极有可能使整个循环水系统处于超压或者欠压状态，严重影响企业生产。调节电机转速是指通过变频技术，以实时改变电机转速的方式控制水泵流量，使其与生产系统所需流量相匹配。对于水泵和风机等旋转机械而言，变频调速可以达到较好的节能效果。通过使用变频器，一方面可以降低电机的启动电流，另一方面可以使机械损耗有所降低。通常情况下，可以将变频器分为交-交变频器和交-直-交变频器，目前使用的基本为交-直-交变频器。变频器基本构成如图 1 所示。工作时，整流器将三相交流电转换为脉动直流电，然后逆变器再将脉动直流电逆变回交流电，并通过控制器指令确定逆变回交流电的频率，最后带动电机旋转。
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图 1 变频器基本构成图
3 水泵变频节能技术的应用
为满足生产需求，A企业现装设3台循环水泵，型号均为GS600-19A/6，采用并联方式连接，将冷却塔流出的冷却水运送至生产系统，其示意图见图2。循环水泵具体参数为，流量2602m3/h，扬程32m，设计效率86%。配套电机型号为YKK450-6W，具体参数为，额定功率280kW，额定转速991r/min，额定电压10kV，额定功率因数0.80。在夏季高温天气，正常开启两台即可满足生产要求，另一台备用；在冬季低温天气，只需要开启一台便可以满足生产要求；而在春、秋季节，通常也需要开启两台，另一台备用。但是在春、秋季节以及夏季晚上，尽管生产系统对循环冷却水的需求有所降低，但是循环水泵仍然处于满负荷运行状态，导致电能浪费严重。
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图 2 循环冷却系统示意图
3.1 实时调节供水量
变频控制是一种现代化科技手段，提高了系统的自动化程度，减少了传统的人为操作系统，降低了工人的工作强度。相比较传统开环变频控制系统，更先进的闭环控制系统可以针对运行中的水泵做到实时监控和调整，能够随时掌握构筑物的运行情况，一旦出现问题就能做好应对措施。在满足系统的压力前提下，结合泵房在线流量计瞬时流量值，及时调节变频器的输出频率，从而调节水泵的转速，实现对供水量实时调节。将通过人为调节水泵的出水阀门的开度调节供水量的方式更改为通过调节水泵的转速调节供水量的方式，减少了人工操作，降低了工作强度，提高了控制的精确度和可靠性。另外，通过水泵的转速变化由此改变了轴功率，做到了节能运行、降低能耗。
3.2 设定节能运行方式
在该种运行状态下，控制汽轮机组在低负荷区间采用平滑参数运行，增强水泵的给水电压，控制水泵分压给其他部分，减少能源的浪费。当汽轮机循环水泵处于高负荷区间时，水泵组内的液力耦合器与电动机联动，形成一个高速运行的状态。为了保证过程的运行安全，保持电动机的正常运行，控制电动机保留一定的裕度，此时循环水泵内的额定工况大于实际工况，汽轮机内的耦合器分配给水泵组的电机容量变大，带动未使用的能量传动到其他部分当中，形成一个稳定循环过程。以循环给水泵组满负荷工况的负载率为评定指标，设定一个电动机功率因数，在循环水泵存在较大输出功率裕度时，减少水泵组功率数值，形成一种节能的运行方式。
3.3 节能量计算
a)夏季。改造前后，单台循环水泵的运行电流平均值分别为18.2A、16.7A，功率因数为0.78，运行时间按照2300h计算，则节电量Q1为：Q1=2××10kV×(18.2-16.7)A×0.78×2300÷10000=9.32×104kW·h。b)春、秋季。改造前后，单台循环水泵的运行电流平均值分别为17.6A、15.1A，功率因数为0.78，运行时间按照3400h计算，则节电量Q2为：Q2=2××10kV×(17.6-15.1)A×0.78×3400÷10000=2.297×105kW·h。c)冬季。改造前后，单台循环水泵的运行电流平均值分别为17.3A、13.9A，功率因数为0.78，运行时间按照2300h计算，则节电量Q3为：Q3=×10kV×(17.3-13.9)A×0.78×2300÷10000=1.056×105kW·h。d)全年总节电量为：Q=Q1+Q2+Q3=4.285×105kW·h。。
结束语
通过对循环水泵进行变频改造，根据生产系统所需冷却水量实时调节水泵转速，能有效降低电力消耗量，减少环境污染，具有较好的经济效益。水泵的控制系统中应用变调技术是一种现代科技进步的体现，具有显著的优点，比如节能效果好、性能运行良好、工艺安全可靠等，这也是一款现代化的电子技术和电力技术融合到一起的节能装置推广应用，符合国家环境保护型社会建设要求，应当得到大力推广。水泵节能技术工艺可靠,可以降低资源损耗，提高企业的经济效益和社会效益，因而企业人员要重视研究和应用节能技术，要立足现有问题,结合现实需求，有针对性选择变调技术，科学、合理融入实际生产。
参考文献
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